Схемы обвязки электрокотел+теплоаккумулятор

Ссылки на смежные статьи

В статье затронуты вопросы автоматизации, в частности понятия: релейная логика, управление при помощи термостатов, термин «запрос тепла». Ссылка на отдельный цикл статей, посвященный автоматизации.

Введение

Ниже описан личный опыт автора по довольно популярной в интернете теме аккумулирования «дешевой» тепловой энергии во время действия ночного тарифа с последующим её использованием в системе внутрипольного отопления. Ночью накапливаем, днем используем.

Данная тема актуальна для владельцев домов с основным и единственным источником тепла – электрокотлом, двухтарифным счётчиком и низкотемпературной системой отопления панельного типа.

Почему именно низкотемпературная система — подробно описано в статье о теплоаккумуляторах. Экономически нецелесообразно подбирать теплоаккумулятор на небольшой диапазон рабочих температур – диапазон от максимальной температуры в полностью нагретом состоянии до минимально необходимой температуры теплоносителя для работы системы отопления.

Ещё одно важное ограничение – выделенная на участок электрическая мощность. Различные ситуации можно смоделировать, используя Excel-калькулятор (все необходимые комментарии для расчёта прописаны в файле).

1. если выделенного на участок электричества хватает для отопления без теплоаккумулятора, то хватит и с ним, но не в морозы.
2. В морозы, когда теплопотери дома равны мощности котла, ни о какой экономии речи не идет – котел будет работать напрямую на систему отопления круглые сутки. Теплоаккумулятор работает в межсезонье, когда суточные теплопотери дома меньше или равны накопленной за 8 часов ночного тарифа тепловой энергии.

Расчёт сроков окупаемости производят при средней температуре за отопительный период (СНИП «Климатология» для Вашего региона).

Самостоятельно подобрать необходимый объем теплоаккумулятора, а также смоделировать время работы поможет excel-калькулятор.

Тепловые схемы

В простейшем исполнении в теплоаккумулятор монтируется ТЭН, который нагревает ТА по ночному тарифу и днем отдает тепло. В качестве ТА народные умельцы берут готовую емкость-заготовку (или изготавливают самостоятельно) соответствующего размера, вваривают патрубки для ТЭНа и подключения теплоносителя, теплоизолируют. Получается бюджетная и пригодная для эксплуатации система открытого типа – котел, теплоаккумулятор и расширительный бак – три в одном. В закрытых системах (работающих под избыточным давлением), применяют теплоаккумуляторы заводского изготовления, но суть от этого не меняется, только цена.

Минус теплоаккумулятора со встроенным ТЭНом в ситуациях, когда система истощает запас тепла в ТА в середине дня, а дом нужно продолжать греть. Греть по дневному тарифу весь объем теплоаккумулятора неприятно, получить желаемое в системе отопления тепло только спустя несколько часов ещё неприятнее.

Более продуманная, но более сложная в реализации схема – электрокотел ставится отдельно от теплоаккумулятора, благодаря трехходовым клапанам теплоноситель переключается в нужном направлении в зависимости от ситуации.

1. Пример проекта котельной электрокотел + теплоаккумулятор

Данная тепловая схема возможно не является оптимальной с точки зрения количества используемого оборудования, но тем не менее она успешно и без нареканий работает на нескольких объектах, и, поэтому, заслужила место в данной статье.

Тепловая схема котельной

Котельная работает в трех режимах:

— Электрокотел включается днем и работает напрямую на систему отопления по двум условиям – остыл теплоаккумулятор (температура теплоносителя опустилась ниже минимальной рабочей температуры) и есть запрос тепла от С.О.(комнатный термостат сообщил системе, что дом пора греть);

— Электрокотел работает ночью на нагрев ТА, при условии отсутствия запроса тепла или на систему отопления при наличии запроса тепла. При работе на нагрев ТА котел выключается при достижении верхнего предела температуры в ТА. О полностью нагретом состоянии сигнализирует термостат в нижней части ТА.

— Система отопления работает от теплоаккумулятора только при дневном тарифе, только если есть запрос тепла и только до тех пор, пока в ТА рабочая температура теплоносителя (термостат в верхней части).

Трехходовые клапаны с двухпозиционными приводами М1,М2 переключают поток теплоносителя, насос Н1 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в заданном направлении.

трехходовой клапан с трехпозиционным приводом М3 (либо термостатический клапан TC) и насос Н2 – это классический насосно-смесительный узел системы внутрипольного отопления.

Мощность котла: По дневному тарифу котел включается на выбранное пользователем количество ступеней (от 1 до 3). По ночному тарифу котел включается на максимальную мощность (3 ступени).

Как автоматизировать? Двумя способами – релейная логика или микроконтроллер.

Релейное управление доступно каждому человеку со знанием школьного курса физики. Требуется 2 термостата с погружным датчиком – для выставления минимальной и максимальной температуры в буфере, один комнатный программируемый термостат для формирования запроса тепла, реле времени (для переключения ночной/дневной тариф), три промежуточных реле, один автоматический выключатель для удобства обслуживания, провода, щиток на 10 модулей. Всё. Этого достаточно чтобы правильно управлять нагревом и переключать потоки теплоносителя.

Электрическая схема щита управления котельной «электрокотел + теплоаккумулятор»

Комнатный термостат должен быть суточным программируемым, чтобы во время действия ночного тарифа не мешал нагревать буферную емкость. Нагревать ночью и дом и теплоаккумулятор хорошо, но выделенная на дом электрическая мощность, увы, этого сделать не позволит — что-то одно. На комнатном термостате ночная температура выставляется на 2-3 градуса ниже дневной, и, если температура упадет, электрокотел по приоритету сначала нагреет дом, и затем, насколько останется времени, будет работать на буферную емкость.

Второй способ автоматизации – использование контроллера на микропроцессорном управлении.

удаленный мониторинг всех параметров котельной, изменение параметров.

Управление трехходовым клапаном системы отопления в погодозависимом режиме, автоматическое изменение нижнего порога рабочей температуры в буфере.

Минусы: на рынке нет готовых решений для нестандартных котельных. Собрать устройство и написать программу для своей котельной придется самостоятельно, благо сейчас это популярное направление и информации в интернете достаточно. Стоимость комплектующих получится намного дешевле, чем вариант с релейной логикой.

2. Возможность подключения других источников тепловой энергии

Иногда имеет смысл предусмотреть возможность расширения проектируемой котельной и системы отопления в будущем, в зависимости от обстоятельств. Тарифы и доступность различных видов топлива – очень непостоянные величины, в любой момент всё может измениться на 180 градусов. Могут быть и другие причины, по которым приобретение и монтаж оборудования можно разделить на два этапа.

Ниже пример такой схемы.

Тепловая схема — оборудование первой очереди

Оборудование первой очереди: электрокотел, буферная емкость, система внутрипольного отопления и заложенные на будущее трубопроводы системы радиаторного отопления без отопительных приборов.

Тепловая схема — добавлено оборудование второй очереди

Оборудование второй очереди: Можно добавлять любые источники тепла. В качестве примера на схеме твердотопливный котел и газовый котел, принципиально отличающиеся по способу подключения к потребителям, система радиаторного отопления, бойлер ГВС косвенного нагрева.

3. Схема со встроенным ТЭНом

Представленный выше пример проекта не единственный возможный вариант решения задачи – способов много. Один из самых очевидных – помимо теплоаккумулятора со своим блоком ТЭНов, параллельно установить электрокотел и организовать переключение потоков теплоносителя по описанному выше алгоритму – либо трехходовым клапаном, либо двумя отдельными насосами.

Тепловая схема котельной

Источник 1 – Теплоаккумулятор со встроенным блоком ТЭНов. Объем ТА и мощность ТЭНов подобраны из расчёта нагрева от минимальной до максимальной температуры за период действия ночного тарифа.

Источник 2 – Простейший электрокотел или теплообменник с блоком ТЭНов и блоком управления.

трехходовой клапан М – Переключение источников тепловой энергии.

Трехходовой клапан ТС – поддержание температурного графика в системе внутрипольного отопления. Можно заменить приводом с погодозависимым управлением.

Насос – обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

Плюсами схемы является простота, минимальный набор оборудования и возможность параллельного нагрева ТА по ночному тарифу и работы электрокотла на систему отопления – если это позволяет выделенная на дом электрическая мощность. Релейной логикой можно реализовать любой алгоритм на основании своих пожеланий.

Из минусов – замена блока ТЭНов в теплоаккумуляторе проблематична, весь объем теплоносителя из буферной емкости придется сливать. Чтобы этого избежать, можно вместо ТЭНов подключить к ТА ещё один электрокотел с насосом и группой безопасности (как подключают твердотопливный котел к ТА), но это приводит к удорожанию котельной.

4. Схема, оптимальная по набору оборудования

Тепловая схема электрокотел + теплоаккумулятор

Котел по ночному тарифу может работать только на нагрев теплоаккумулятора. Котел по дневному тарифу включается на нагрев системы отопления, минуя ТА, по двум условиям – остыл ТА и есть запрос тепла от С.О.

Ночью возможна одновременная работа электрокотла на нагрев ТА и работа системы отопления от ТА, при наличии запроса тепла от С.О. В результате ТА может не успеть нагреться до максимальной температуры.

Основным нюансом при монтаже, позволяющим избавиться от лишнего оборудования, является необходимость обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление по кольцу ТА-С.О. и сравнительно большое сопротивление по кольцу Котел – С.О.

Если котловой насос выключен, насос системы отопления будет забирать теплоноситель из теплоаккумулятора. Если котловой насос включен и трехходовой клапан открыт в сторону системы отопления (дневной тариф) – теплоноситель будет двигаться, минуя ТА. Сопротивление теплоносителю по пути С.О.-котел будут оказывать: грязевой фильтр, выключенный насос, обратный клапан, трубопроводы.

Схема управления аналогична первой рассмотренной в статье котельной с небольшими изменениями.

Заключение, предупреждение и советы

Решение в пользу установки теплоаккумулятора должно быть тщательно взвешено. Во-первых, это не единственный и не самый простой способ экономить электроэнергию и при этом жить с комфортом. Во-вторых, чем сложнее система, тем она дороже и хлопотнее в эксплуатации. В-третьих, есть несколько существенных факторов, ограничивающих целесообразность внедрения подобных котельных – отсутствие высокотемпературных потребителей (радиаторов), выделенная на участок мощность, разница стоимости дневного и ночного тарифа.

Можно ли отапливать дом без теплоаккумулятора и при этом экономить на электричестве?

Схема подключения электрокотла к системе внутрипольного отопления.

Можно. Подключив котел напрямую к системе отопления, нужно правильно запрограммировать суточный термостат: давать команду электрокотлу ночью нагревать дом до 26-27 градусов, а днем поддерживать температуру в минимально комфортном диапазоне. Как показывает опыт, при такой схеме работы у большинства клиентов котел практически не включается по дневному тарифу и не всегда успевает нагреть дом до заданной по ночному тарифу температуры – т.е. и без теплоаккумулятора ночной тариф может быть полностью задействован.

Минусом такого решения можно считать некомфортную температуру поверхности пола на протяжении дня, но это тоже решается программированием термостата – во время действия дневного тарифа можно включать полы на 15 минут каждый час, подогревая стяжку. Будьте внимательны при выборе термостата – далеко не все модели имеют возможность программирования с точностью до четверти часа

Ещё несколько советов от автора:

1. Расстановку оборудования в котельной спланируйте под схему с теплоаккумулятором, но смонтируйте в порядке первой очереди только электрокотел, подключенный напрямую к системе теплый пол. Отдельная статья, посвященная обвязке электрокотлов, тут.
2. Ключ к реальной экономии в процессе эксплуатации – грамотная автоматизация системы отопления. Минимально может быть использован всего один комнатный термостат на весь дом, желательно – система из нескольких термостатов, объединенных одним коммутатором. Чем больше возможностей заложено в термостат – тем качественнее можно управлять системой отопления. О покомнатной автоматизации можно прочитать тут.
3. Теплоаккумулятор в порядке первой очереди имеет смысл ставить с перспективой подключения к нему в будущем твердотопливного котла или теплового насоса – т.е. тепловой схемой должна быть предусмотрена возможность их будущего подключения.
4. Если для дома расчётные теплопотери при Тнро превышают выделенную электрическую мощность, установка ТА имеет смысл только с твердотопливным котлом или иным источником тепловой энергии в качестве основного. Схема электрокотел + ТА в данном случае сама по себе неэффективна, но может успешно дополнять основной источник (например, твердотопливный котел — всего одна топка в день). В качестве примера изучите последнюю схему в этой статье.

Тепловые аккумуляторы с ТЭНом

Климатическая компания «Термомир» предлагает в ассортименте тепловые аккумуляторы с ТЭНом.

Буферные емкости представляют собой баки – аккумуляторы для котлов отопления (или для систем охлаждения), позволяющие накапливать и сохранять излишки тепла или холода для дальнейшего их использования. Применяются они чаще всего для систем индивидуального отопления домов, дач, коттеджей и др. объектов.

Буферная емкость — это герметичный бак-накопитель большого объема, снабженный качественной теплоизоляцией и аккумулирующий, а также долго сохраняющий температуру тепло- или хладоносителя внутри. Обычно бак имеет вертикальное цилиндрическое исполнение, снабжен патрубками для подключения к системе, может дополнительно комплектоваться одним или двумя теплообменниками, а также ТЭНами для быстрого догрева.

Схема работы таких устройств проста – буферная емкость подключается в систему между источником тепла (котлом/коллектором и т.д.) и отопительным контуром (радиаторами, теплыми полами). При работе отопительного оборудования бак — теплоаккумулятор поглощает излишки вырабатываемого тепла, постепенно заполняясь нагретым теплоносителем. При остановке работы котла прогретый теплоноситель поступает в систему уже из самой буферной емкости, которая постепенно заполняется обраткой и остывает. При запуске котла цикл повторяется. Благодаря плотной теплоизоляции буферный накопитель может сохранять тепловую энергию часами и даже сутками. Такой же принцип работы применяется в системах охлаждения, когда буферный накопитель сберегает охлажденную жидкость, постепенно отдавая холод.

При правильно организованной системе отопления с буферной емкостью потери тепловой энергии минимальны, а энергетический потенциал топлива расходуется по максимуму, поэтому к выбору буферной емкости для котла необходимо подходить серьезно.
Для расчета потребуются следующие данные:

• мощность котла (кВт)
• КПД котла
• время активного горения топлива (либо работа льготного электротарифа)
• тепловая мощность обогрева объекта (дома, дачи т.д.) (кВт)
• температура теплоносителя на входе и в обратке.

Можно рассмотреть ориентировочный расчет на примере: площадь обогрева — 200 м2, время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Для обогрева такой площади в зимнее время в европейской части России понадобится до 20 кВт мощности, а в среднем — около 10 кВт/ч. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.

Основная формула расчета буферной емкости котла по теплоемкости воды:

• m – масса воды в емкости (кг);
• Q – количество тепла (Вт);
• ∆t – разность температуры воды в трубе подачи и обратке (°С);
• с – теплоемкость, в данном случае 1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).

Полученный результат соответствует примерно 1376-ти кг воды (80000/1,163×50). Таким образом, для системы отопления дома площадью 200 м2 подходит буферная емкость объемом не менее 1,4 м3 или 1400 литров.
Также необходимо учесть КПД котла, регион (от него зависит требуемая на объект тепловая мощность), и др. факторы, потому для более точного расчета рекомендуется обратиться к специалистам.

Наиболее распространенный вариант использования теплоаккумуляторов – их тандем с твердотопливными котлами на дровах, брикетах или угле, а также с пеллетными, газовыми и дизельными котлами. Нередко применяются баки-аккумуляторы и в комплекте с электрическими котлами, особенно это выгодно при двухтарифной системе с льготными ночными тарифами или дешевым подключением в выходные дни.

Применение буферных емкостей — теплоаккумуляторов значительно увеличивает гибкость и эффективность системы отопления, позволяет сгладить нагрузку, предотвратить перегрев и уменьшить частоту включения источников тепла – котельного оборудования, солнечных коллекторов, тепловых насосов и т.п. и, соответственно, увеличить срок службы. Буферный накопитель позволяет экономить энергоресурсы без потери комфорта и работоспособности системы отопления, а также дополнительно защищает от аварийных ситуаций, предотвращая промерзание даже при остановке котла из-за неисправности, отсутствия топлива или необходимости проведения обслуживания.

На сайте магазина Термомир буферные емкости представлены в ассортименте: на выбор объемы от 200 и до 5000 литров и более в различной комплектации. Сделать расчет и подбор буферной емкости (теплоаккумулятора) помогут наши технические специалисты.

Требуется помощь в выборе или не нашли нужную модель? Позвоните!